CN113788047B - 基于钢轨导波技术的列车接近报警器 - Google Patents
基于钢轨导波技术的列车接近报警器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于钢轨导波技术的列车接近报警器，包括导波发射单元、信号采集单元、信号处理单元、报警单元和手机app单元；信号处理单元与信号采集单元连接；导波发射单元与信号处理单元连接；报警单元与信号处理单元连接；手机app单元与其余单元均连接。本发明在无网络信号时可以进行实地报警，提供列车接近的具体信息，警示效果显著；在有网络信号时可以通过手机app接收报警信号，可以对设备部分算法参数进行更改；体积小，便于携带，满足临时在铁路区间施工作业的情况。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备的技术领域，具体地，涉及基于钢轨导波技术的列车接近报警器。
背景技术
目前，随着我国铁路里程和运量的提升，铁路的工务线路施工及道岔清扫的工作量也与日俱增。虽然铁路系统有严格的管理制度，但人力时有穷，部分偏远地区仍然存在信息传达不及时、管理疏漏的问题，一线工人的人身安全难以得到保障。近年来，列车伤害轨道施工人员的事故时有发生，亟需一种高效的远距离的列车接近报警器。
在公告号为CN213735003U的专利文献中公开了一种列车接近报警器。该报警器作用于轨道道口，道口两侧各固定一个传感器，位于轨喉，用于感应轨道的声音振动信号，通过连接传感器的发射机将采集到的信号传输到控制器，控制器驱动报警器报警。
该发明采取被动监听的方式，将采集到的信号幅值与设定的阈值相比较，进行报警。列车距报警器较远时，信号幅值较低，容易受到其余信号的干扰，报警器无法实现远距离的精确报警，被动采集的信号受列车行驶速度影响大，传播速度未知，报警器无法仅通过采集信号计算火车的速度与距离，而且单个信号无法提供列车的方向信息，不便于铁路施工人员根据情况安排撤离工作，误报几率大，影响施工和正常的撤离。
类似的，现有列车接近报警装置的报警正确率普遍较低，获取的信息不足，不能满足铁路施工安全的需要。因此，需要提供一种技术方案以改善上述技术问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于钢轨导波技术的列车接近报警器。
根据本发明提供的一种基于钢轨导波技术的列车接近报警器，包括导波发射单元、信号采集单元、信号处理单元、报警单元和手机app单元；
所述信号处理单元与信号采集单元连接；所述导波发射单元与信号处理单元连接；所述报警单元与信号处理单元连接；所述手机app单元与其余单元均连接。
优选地，所述信号采集单元采集轨道的振动信号并将信号传输给信号处理单元。
优选地，所述导波发射单元在有火车接近时，在轨喉处发出导波信号激励，信号采集单元得到反射信号。
优选地，所述信号处理单元对采集到的振动信号进行处理，提取导波的反射信号，判断是否有列车接近，控制信号采集单元调整工作传感器的数量，控制导波发射单元调整信号激励的间隔时间，根据反射信号计算得出列车接近的方向、速度、距离、到达时间，控制报警单元进行报警。
优选地，所述报警单元在列车接近时发出明显信号提示轨道施工人员撤离，并示警列车接近的方向、距离、速度、到达时间。
优选地，所述手机app单元在网络信号良好时通过手机得到报警信号，所述报警信号包括列车接近的速度、距离、方向、到达时间，所述手机app单元对报警器算法的部分参数进行更改。
优选地，轨道的一侧设置有两个连线平行于轨道的加速度传感器，所述加速度传感器采集列车在轨道上行驶时产生的振动信号。
优选地，两个所述加速度传感器之间设置报警器壳体，所述壳体与两个加速度传感器之间通过弹性材料相连，所述壳体设置有两个报警灯、扬声器、电源、电路板。
优选地，所述信号处理单元包括导波提取单元、模式转换单元、列车判断单元、方向判断单元、距离和速度获取单元；
导波提取单元对采集单元采集到的信号进行幅频转换等处理，获得导波的反射信号；
模式转换单元对一般激励的导波反射信号进行处理，判断是否有疑似火车接近的情况，控制采集单元调整工作传感器的数量，持续采集信号，控制导波发射单元连续发射导波激励；
列车判断单元对提取的连续激励导波的反射信号进行处理，判断是否有火车接近；
方向判断单元对采集单元采集到的两组反射信号进行处理，判断列车接近的方向；
距离和速度获取单元对提取的导波的反射信号进行处理，计算列车接近的速度和列车到报警器的距离，得到列车到达的具体时间。
优选地，所述导波发射单元包括一个压电式导波发射器，通过用某材质较软的材料与报警器相连，安装时贴紧轨喉。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明在无网络信号时可以进行实地报警，提供列车接近的具体信息，警示效果显著；在有网络信号时可以通过手机app接收报警信号，可以对设备部分算法参数进行更改；
2、本发明的体积小，方便随身携带，满足临时在铁路区间施工作业的情况；
3、本发明采用了主动监听的方式，通过导波技术，在列车距报警器较远时，就能够准确判断列车接近，并给出列车接近的方向，能够较为准确地给出列车接近的速度、距离、到达时间等信息，且信息的获取不受列车本身影响。便于轨道施工人员根据情况安排撤离工作。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为轨喉处导波激励频率与反射系数的关系图；
图2为本发明提供的一种列车接近报警器工作时的外部结构示意图；
图3为本发明提供的一种算法流程图。
其中：
第一加速度传感器 1 报警灯 4
第二加速度传感器 2 壳体 5
导波激励装置 3 开关式磁力座 6
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明利用导波技术实现主动监听的效果。导波在传播过程中遇到缺陷或边界就会被反射回来。本发明在轨喉处发出导波激励，遇到列车车轮则反射。根据图1显示的导波激励频率与反射系数的关系，选取10-20kHz频率的导波激励，得到的反射系数在0.8以上，反射效果较好。列车行驶产生的信号频率在3kHz以下，与导波信号频率差距较大，便于反射信号的提取。加上低频激励较容易实现，轨喉处阻尼较小，能量衰减降低，导波传播距离可达数千米，实现了远距离监测的目的。
报警器以一定的时间间隔发射10-20kHz的导波，当处理单元检测到导波的反射信号，且导波在钢轨中的传播时间减小，判断疑似有火车接近，调整导波发射的时间，在每接收到反射信号后立即再次发射导波，达到连续检测的目的。在导波每两次碰到列车的时间间隔之内，将列车的运动近似视为匀速运动。
已知导波传播速度为V0，设列车行进速度为V，对一组连续的两个导波进行分析。检测到连续两次导波从发送到接收的传播时间为T1，T2，报警器提供给轨道作业人员的的火车信息为：
其中，V为列车接近的速度，S为列车距报警器的距离，T为列车以当前速度行驶到报警器所需的时间，也就是工作人员撤离轨道可用的时间。这些信息的获取均不受列车行驶速度的影响。由于计算中采用了近似，结果与实际情况均存在一定误差。
对第一加速度传感器1和第二加速度传感器2提取的同一组导波信号进行分析，第一加速度传感器1得到的导波从发射到被第一加速度传感器1接收的传播时间为t1，第二加速度传感器2得到的导波从发射到被第二加速度传感器2接收的传播时间为t2，若t1大于t2，列车由第二加速度传感器2一侧接近，反之则由第一加速度传感器1一侧接近。
本发明的目的在于提供一种基于钢轨导波技术的列车接近报警器，采用主动监听的方式，发射导波激励，在列车距离较远时主动进行报警，能够更加精准地获得列车接近的各项信息，包括但不限于方向、速度、距离、预计到达时间等，同时便于携带、安装拆除方便、报警效果显著。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：该列车接近报警器包括导波发射单元、信号采集单元、信号处理单元、报警单元、手机app单元；信号采集单元用于采集轨道的振动信号并将信号传输给信号处理单元；导波发射单元在轨喉处发出导波信号激励，信号采集单元可以得到反射信号；信号处理单元用于采集到的振动信号进行处理，提取导波的反射信号，判断是否有列车接近，控制信号采集单元调整信号采集模式，计算得出列车接近的方向，控制导波发射单元调整信号激励的间隔时间，根据反射信号得到列车接近的速度、距离，控制报警单元进行报警；手机app单元在网络信号良好时可以通过手机得到报警信号，包括列车接近的速度、距离、方向，可以通过app对报警器的部分算法参数进行更改。
本实施例中的信号采集单元为第一加速度传感器1和第二加速度传感器2，安装在报警器壳体5两侧，用某材质较软的材料与报警器相连，避免报警器本身的振动影响振动信号的采集。
导波发射单元包括一个压电式导波发射器，同样通过用某材质较软的材料与报警器相连，安装时贴紧轨喉。
信号处理单元包括导波提取单元、模式转换单元、列车判断单元、方向判断单元、距离和速度获取单元；系统启动后，导波发射单元按一定时间间隔发射导波激励，第一加速度传感器1采集轨道振动信号，第二加速度传感器2休眠；导波提取单元对采集单元采集到的信号进行幅频转换等处理，获得导波的反射信号；对导波反射信号进行处理，判断是否满足疑似有火车接近的情况，控制采集单元启动第二加速度传感器2，持续采集信号，控制导波发射单元连续发射导波激励；列车判断单元对提取的导波的反射信号进行处理，判断是否有火车接近；方向判断单元对采集单元采集到的两组信号进行处理，判断列车接近的方向；距离和速度获取单元对提取的导波的反射信号进行处理，计算列车接近的速度和列车到报警器的距离，进而得到列车到达的具体时间。
本实施例中的信号处理单元包括的各个小单元，均为算法内容，在评估板内部完成，评估板则置于壳体5内部。
报警单元包括报警器两侧的两个报警灯4，用于警示列车接近的方向；包括一个扬声器，随着火车距离的减小而愈加尖锐地报警。本实施例提供的报警器还包括电源，为蓄电池。
壳体5、第一加速度传感器1、第二加速度传感器2和导波激励装置3均通过开关式磁力座6与铁轨紧贴，方便安装拆卸。
铁路一线施工人员工作时，将本发明安装在临近的铁轨上，列车接近时提供报警信息，提示施工人员撤离；将本发明安装在偏远地区部分未设置护栏的铁路段，用于提示经过的路人以及动物及时避开列车，避免列车伤害事故的发生。
本发明在无网络信号时可以进行实地报警，提供列车接近的具体信息，警示效果显著；在有网络信号时可以通过手机app接收报警信号，可以对设备部分算法参数进行更改；体积小，方便随身携带，满足临时在铁路区间施工作业的情况。
在列车距报警器距离较远时，能够准确判断列车接近，并给出列车接近的方向，较为准确地给出列车接近的速度、距离，便于轨道施工人员根据情况安排撤离工作；
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (7)
1.一种基于钢轨导波技术的列车接近报警器，其特征在于，包括导波发射单元、信号采集单元、信号处理单元、报警单元和手机app单元；
所述信号处理单元与信号采集单元连接；所述导波发射单元与信号处理单元连接；所述报警单元与信号处理单元连接；所述手机app单元与其余单元均连接；
所述手机app单元在网络信号良好时通过手机得到报警信号，所述报警信号包括列车接近的速度、距离、方向、到达时间，所述手机app单元对报警器算法的部分参数进行更改；
所述信号处理单元包括导波提取单元、模式转换单元、列车判断单元、方向判断单元、距离和速度获取单元；
导波提取单元对采集单元采集到的信号进行幅频转换处理，获得导波的反射信号；
模式转换单元对一般激励的导波反射信号进行处理，判断是否有疑似火车接近的情况，控制采集单元调整工作传感器的数量，持续采集信号，控制导波发射单元连续发射导波激励；
列车判断单元对提取的连续激励导波的反射信号进行处理，判断是否有火车接近；
方向判断单元对采集单元采集到的两组反射信号进行处理，判断列车接近的方向；
距离和速度获取单元对提取的导波的反射信号进行处理，计算列车接近的速度和列车到报警器的距离，得到列车到达的具体时间；
所述导波发射单元包括一个压电式导波发射器，通过某材质较软的材料与报警器相连，安装时贴紧轨喉。
2.根据权利要求1所述的基于钢轨导波技术的列车接近报警器，其特征在于，所述信号采集单元采集轨道的振动信号并将信号传输给信号处理单元。
3.根据权利要求1所述的基于钢轨导波技术的列车接近报警器，其特征在于，所述导波发射单元在有火车接近时，在轨喉处发出导波信号激励，信号采集单元得到反射信号。
4.根据权利要求1所述的基于钢轨导波技术的列车接近报警器，其特征在于，所述信号处理单元对采集到的振动信号进行处理，提取导波的反射信号，判断是否有列车接近，控制信号采集单元调整工作传感器的数量，控制导波发射单元调整信号激励的间隔时间，根据反射信号计算得出列车接近的方向、速度、距离、到达时间，控制报警单元进行报警。
5.根据权利要求1所述的基于钢轨导波技术的列车接近报警器，其特征在于，所述报警单元在列车接近时发出明显信号提示轨道施工人员撤离，并示警列车接近的方向、距离、速度、到达时间。
6.根据权利要求1所述的基于钢轨导波技术的列车接近报警器，其特征在于，轨道的一侧设置有连线平行于轨道的第一加速度传感器(1)和第二加速度传感器(2)，所述第一加速度传感器(1)和第二加速度传感器(2)采集列车在轨道上行驶时产生的振动信号。
7.根据权利要求6所述的基于钢轨导波技术的列车接近报警器，其特征在于，所述第一加速度传感器(1)和第二加速度传感器(2)之间设置报警器壳体(5)，所述壳体(5)与第一加速度传感器(1)和第二加速度传感器(2)之间通过弹性材料相连，所述壳体(5)设置有两个报警灯(4)、扬声器、电源、电路板。
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